Det kanske svåraste med att studera marina däggdjurs reproduktiva anatomi med hjälp av organ som samlats in från avlidna djur är att de inte kan få erektion på det enklaste sättet.
Att blåsa upp mänskliga penisar efter döden är en relativt trivial sak, säger Diane Kelly, biträdande professor vid University of Massachusetts och expert på penisuppblåsning. Liksom de flesta däggdjur är mänskliga penisar mestadels köttiga, med mycket kärlutrymme som blodet kan strömma in i för att göra den slappa strukturen stel med turgatryck. Men penisar från valar och delfiner är mycket tuffare – bokstavligen.
”Det är faktiskt en verklig utmaning att artificiellt blåsa upp valarnas penisar”, berättade hon. Ja, storleken gör det svårt – det krävs mycket mer saltlösning för att fylla en stor penis än en liten – men det är mer än så. ”De har en så kallad ’fibroelastisk’ penis”, förklarade hon, vilket innebär att deras penisvävnad innehåller ”mycket kollagen, och det gör penisen, även när den är slapp, mycket stel och mindre sträckbar.”
Att hitta ett sätt att komma runt detta svåra problem är en stor del av anledningen till att Dara Orbach och Patricia Brennan tog med Kelly i projektet. Målet var att göra de första 3D-CT-skanningarna av simulerade samlag av någon marin däggdjursart med hjälp av riktiga könsorgan efter döden – skanningar som just har publicerats i en artikel i Proceedings of the Royal Society B.
Orbach, som är postdoktor vid Dalhousie University och forskarassistent vid Mount Holyoke College, hade vaginorna klara. Hon visste redan att marina däggdjurs vaginor är mycket mer komplexa än vad någon har gett dem kredit för – massor av labyrintiska fickor, veck och vrår, som Orbach misstänker kan hjälpa honorna att kontrollera faderskapet. ”Men när jag började dissekera fler och fler fortplantningsorgan och tittade på denna fantastiska nivå av vaginal variabilitet som aldrig tidigare hade dokumenterats, insåg jag att detta antagligen på något sätt utvecklats tillsammans med penis”, säger Orbach. Det innebar att för att förstå djurens vaginor behövde hon deras motsvarande penisar för att se hur de passar ihop under samlag.
Orbach vände sig till Brennan, en genitalexpert vid Mount Holyoke College som är känd för sitt arbete med ankor (och deras skräckinjagande penisar), och tillsammans, med hjälp av en kittpistol och silikon, skapade de modeller som kallas ”endokaster” av vaginor från Orbachs samling av 140 frysta könsorgan från marina däggdjur (alla insamlade från djur som dött av naturliga skäl). Sedan tog de in Kelly för hennes expertis inom uppblåsning av penis.
”Det mesta jag har gjort är riktigt små – bältdjur, råttor och möss, sorkar och andra små saker – där det räcker med en liten spruta och ett litet tryck för att man snabbt ska få fram en erigerad morfologi”, förklarade Kelly. Valarnas dongar var ”en helt annan sak.”
”Vi talar inte om handstorlek – vi talar om armstorlek, beroende på arten”, tillade Orbach (”Vi gjorde en späckhuggare, som var större än bordet”). Så det krävdes kreativitet för att blåsa upp de marina däggdjursmedlemmarna. Efter några inledande problem (till exempel fick hon lära sig att plastflaskor inte är tryckklassade) var Kellys slutliga konstruktion en begagnad öltunna för 35 dollar fylld med saltlösning och modifierad så att hon kunde pumpa in kvävgas för att uppnå ett optimalt injektionstryck. ”Det gjorde susen”, säger hon.
När de väl pumpats fulla med vätska knöts penisarna av och blötlades i formalin för att säkerställa att de skulle behålla sin svullna form. Sedan var det dags att låta magin ske. ”Genom att titta på formen på de vaginala endokasterna och penisformen kunde vi räkna ut vilken vi trodde skulle vara till bästa möjliga kopulation”, förklarade Orbach. ”Sedan satte vi de uppblåsta penisarna inne i slidan, sydde ihop dem, dränkte dem i jod så att de skulle bli ganska väl färgade och gjorde sedan datortomografiska skanningar av dem för att se hur de passade ihop.”
Resultaten – tack vare radiologen Mauricio Solano – är rent av häpnadsväckande.
Totalt kunde de simulera samlag för fyra arter av marina däggdjur: Havsvalar (Phocoena phocoena), vanliga tumlare (Tursiops truncatus), kortnäbbade vanliga delfiner (Delphinus delphis) och hamnsälar (Phoca vitulina) – det var de enda arter som de hade högkvalitativa manliga och kvinnliga fortplantningsorgan för (tyvärr hade de inte en intakt orcafläckage som skulle kunna kopplas ihop med den penis som är större än bordsstorlek). De kunde också skapa digitala 3D-modeller av penisar och vaginor och simulera olika rotationer och positioner för att bestämma den djupaste penetrationen som var möjlig.
Underskotten i reproduktionsanatomi mellan arterna var imponerande. Tumlare, trots att de var den minsta arten sett till kroppsstorlek, hade de största penisarna. ”En erigerad tumlarpenis går upp till hakan – eller där hakan skulle vara om den inte var ett havsdäggdjur”, säger Kelly. Deras vaginor är de mest komplexa av de fyra, med ”en massa spiralformade veck”, förklarade Orbach, ”som bara fortsätter att vrida sig runt … lite som en korkskruv.”
Men det verkligt fascinerande var att skanningarna avslöjade hur vaginans komplexitet kan begränsa penisens penetration. ”Detta bekräftade att det finns en antagonistisk samevolution”, säger Orbach. Det tyder på att veckorna gör det möjligt för djuren att kontrollera faderskapet, även om ytterligare analyser kommer att behövas för att bekräfta den hypotesen.
När det kommer till kritan vet vi väldigt lite om parningen hos marina däggdjur, särskilt valar. Vi har observerat flasknosdelfiner som har sex i fångenskap och i naturen, men det finns inget sätt att enkelt visualisera vad som händer internt under parningen. Vi kan inte helt enkelt blixtfrysa fornicerande delfiner för att undersöka var allting är under samlag som forskare har gjort med små ödlor.
Även uppvaktnings- och parningsbeteenden är bara ytligt förstådda. Hos de flesta marina däggdjursarter har parningar aldrig observerats eftersom de sker under vatten och på avlägsna platser. För de arter som vi har bevittnat, som t.ex. flasknosdelfiner, finns det fortfarande många obesvarade frågor. På vissa platser bildar hanar av tumlare koalitioner för att isolera honor och tvinga fram parningar – ibland kidnappar de honorna i flera veckor i taget – men man vet inte om detta är ett vanligt beteende i alla grupper runt om i världen, än mindre om liknande beteenden förekommer regelbundet hos andra arter. Om aggressiva parningssystem är vanliga skulle det vara rimligt att sådana sexuella konflikter återspeglas i djurens genitala morfologier.
Och det verkar vara vad Orbach, Brennan och Kelly har funnit, baserat på deras data för rekonstruktion av kopulationer. ”Om honan inte vill para sig med en hane kan hon kanske på ett subtilt sätt förflytta sin kropp något till vänster eller höger så att penisen inte befinner sig i en optimal vinkel, vilket innebär att den kommer att fastna i ett av dessa vaginala veck tidigare, så att spermierna, när de ejakuleras, får en längre sträcka att färdas för att befrukta ägget”, förklarade Orbach. ”Så genom en subtil kroppspositionering kan honan kanske kontrollera vilka hanar som är mer eller mindre benägna att befrukta.”
Trion hoppas kunna undersöka fler arter, inklusive olika hovdjur – avlägsna kusiner till valar och delfiner. ”Jag hade möjlighet att dissekera en flodhästpenis för ett tag sedan, och det var fantastiskt hur mycket den liknade en dvärgpaddval”, berättade Orbach. ”Jag är verkligen nyfiken på hur de olika miljöerna har påverkat penisens morfologi och hur mycket som har att göra med en gemensam historia, för hos de flesta djur vet vi att könsorganen är en av de egenskaper som utvecklas snabbast.”
De funderar också på att använda endokasterna för att tillverka biomimetiska vaginor – i princip köttljus för delfiner och andra marina arter – för att förhoppningsvis förbättra förfarandena för artificiell insemination. Avelsanläggningar i fångenskap kan bidra till att öka det minskande antalet hotade eller utrotningshotade arter, och artificiell insemination behövs ibland för att se till att djuren reproducerar sig på ett säkert sätt och på ett sätt som stärker den genetiska mångfalden. ”Något som efterliknar en riktig vagina, i form av vissa strukturer som rör vid penis eller känns mer naturliga, skulle kanske kunna framkalla ett ejakulat av bättre kvalitet.”
En sak är säker – teamet är långt ifrån färdiga med att arbeta med stora däggdjurs fortplantningsorgan. ”Det här är det första steget i vad som förhoppningsvis kommer att bli ett ganska långt forskningsprogram”, säger Kelly och ler.